TỐI ưu HOÁ QUY TRÌNH TỔNG hợp BIODIESEL từ mỡ cá TRA, cá BA SA BẰNG PHƯƠNG PHÁP bề mặt đáp ỨNG

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TỐI ƯU HOÁ QUY TRÌNH TỔNG HỢP
BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRA, CÁ BA SA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th.s Nguyễn Văn Đạt

SINH VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Yến Bình
2102325
Ngành: CN Kỹ thuật hóa học – Khóa 36

Tháng 12/2014

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Trường Đại học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Công Nghệ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Đạt
Đề tài: TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ MỠ CÁ
TRA, CÁ BA SA BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Yến Bình

MSSV: 2102325

Lớp: Công nghệ hoá học

Khóa: 36

2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
c. Kết luận, đề nghị và điểm:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
Cán bộ hướng dẫn

Ths. Nguyễn Văn Đạt

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Trường Đại học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Công Nghệ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện:.....................................................................
Tên đề tài : TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ MỠ
CÁ TRA, CÁ BA SA BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Yến Bình

MSSV: 2102325

Lớp: Công nghệ Hóa học

Khóa 36

2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................

Những vấn đề còn hạn chế:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
c. Kết luận, kiến nghị và điểm:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2014

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành c ảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạt đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài
liệu, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu giúp em hoàn thành đề tài luận văn
tốt nghiệp này.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến cô Bùi Thị Bửu Huê, các quý thầy cô của Bộ
môn Hóa – Khoa Khoa Học Tự Nhiên và Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Công
Nghệ trường Đại học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong suốt tiến trình thực hiện các thí nghiệm trong phạm vi nghiên cứu này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình là chỗ dựa tinh thần vững chắc
giúp em vượt qua những lúc khó khăn nhất và xin chân thành cảm ơn các bạn lớp
Công nghệ Hoá học K36 đã trao đổi và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày 02 tháng 12 năm 2014
Nguyễn Yến Bình

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

MỤC LỤC
Trang
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.........................................
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ............................................
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................................
MỤC LỤC ................................................................................................................................ I
TÓM T T ............................................................................................................................. III
DANH SÁCH CHỮ VIẾT T T ....................................................................................... IV
DANH SÁCH HÌNH .............................................................................................................V

DANH SÁCH B ẢNG .......................................................................................................... VI
PHẦN MỘT – LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................1
PHẦN HAI – LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ...........................................................................2
CHƯƠNG 1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG VÀ VẤN ĐỀ Ô
NHIỄM MÔI TRƯỜNG HIỆN NAY ................................................................................2
1.1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH TRÊN
THẾ GIỚI .............................................................................................................................2
1.2 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG .........................................................................3
CHƯƠNG 2. NHIÊN LIỆU SINH HỌC...........................................................................5
2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC ....................................5
2.1.1 Khái niệm nhiên liệu sinh học..............................................................................5
2.1.2 Phân loại nhiên liệu sinh học................................................................................5
2.2 BIODIESEL ...................................................................................................................6
2.2.1 Khái niệm biodiesel và một số khái niệm liên quan đến biodiesel..................6
2.2.2 Sự hình thành và phát triển của biodiesel .........................................................10
2.2.3 Tính chất của biodiesel........................................................................................10
2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của biodiesel ..............................................................13
2.2.5 Nguồn nguyên liệu, tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và
tiềm năng phát triển sản xuất biodiesel tại Việt Nam ...............................................15
2.2.6 Tiêu chuẩn về chất lượng của biodiesel ở một số khu vực.............................20
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BIODIESEL .................................................22
2.3.1 Phương pháp cracking .........................................................................................22
2.3.2 Phương pháp sấy nóng ........................................................................................22
2.3.3 Phương pháp pha loãng.......................................................................................23
2.3.4 Phương pháp nhũ tương hóa...............................................................................23
2.3.5 Phương pháp chuyển ester hóa...........................................................................23
CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ MỠ CÁ BA SA B ẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ESTER ...............................................................................25
3.1 NGUYÊN LIỆU CÁ BA SA......................................................................................25
3.1.1 Giới thiệu cá ba sa ...............................................................................................25

3.1.2 Thành phần hóa học của mỡ cá ba sa ................................................................26
i

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................................................28
3.2.1 Cơ chế phản ứng .................................................................................................28
3.2.2 Hiệu suất phản ứng transester hóa xúc tác base ...............................................32
PHẦN BA – THỰC NGHIỆM ..........................................................................................35
CHƯƠNG 1. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ NGHIÊN CỨU ..................35
1.1 DỤNG CỤ - THIẾT BỊ ..............................................................................................35
1.2 HÓA CHẤT .................................................................................................................36
1.3 NGUYÊN LIỆU ..........................................................................................................36
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................36
2.1 XỬ LÍ SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU ................................................................................36
2.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU.......................................................37
2.2.1 Chỉ số acid (AV) ..................................................................................................37
2.2.2 Xác định độ nhớt động học ở 40 C ..................................................................38
2.2.3 Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng ....................................................38
2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................40
2.2.1 Ester hóa xúc tác acid ..........................................................................................40
2.2.2 Transester hóa xúc tác base ................................................................................40
2.2.3 Xác định thành phần hỗn hợp methyl ester ......................................................41

2.2.4 Các bước thực hiện bài toán quy ho ạch theo RSM kết hợp với mô hình
CCD.................................................................................................................................41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................43
3.1 THÀNH PHẦN METHYL ESTER CỦA CFB.......................................................43
3.2 XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CỦA PHẢN ỨNG TRANSESTER HÓA CF
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM THEO RSM KẾT HỢP
VỚI MÔ HÌNH CCD ........................................................................................................45
3.3 NHỮNG TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA CFB...........................................................50
PHẦN B ỐN – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................52
KẾT LUẬN ............................................................................................................................52
KIẾN NGHỊ...........................................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................VIII
PHỤ LỤC ................................................................................................................................X

ii

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

TÓM T T
Ngày nay, an ninh năng lượng đang là vấn đề cấp thiết với mỗi quốc gia trên thế giới
khi nguồn năng lượng hoá thạch ngày càng cạn kiệt. Các nghiên cứu, khảo sát để tìm
ra nguồn năng lượng khác, đáp ứng mục tiêu giảm dần sự phụ thuộc vào nguồn dầu
mỏ thế giới được chú trọng và triển khai tích cực. Tổng hợp nhiên liệu sinh học nói

chung và biodiesel nói riêng từ những nguồn nguyên liệu khác nhau đã được con
người nghiên cứu, sản xuất và đưa vào sử dụng. Việc sử dụng mỡ cá tra, cá basa để
tổng hợp biodiesel, một loại nhiên liệu thân thiện với môi trường đã được thực hiện
trong nghiên cứu này. Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) kết hợp với mô hình tâm
phức hợp (CCD) được sử dụng để tìm điều kiện tối ưu cho giai đoạn transester hóa.
Đồng thời, những tính chất của nhiên liệu đã được đánh giá thông qua việc xác định
những tính chất hóa – lý như chỉ số acid, độ nhớt động học ở 40 oC, chỉ số cetane,
hàm lượng methyl ester, điểm chảy, điểm chớp cháy, thành phần cất, khối lượng riêng
ở 15 oC và thành phần acid béo. Kết quả nghiên cứu cho thấy, những tính chất của
nhiên liệu nằm trong giới hạn cho phép của các tiêu chuẩn ASTM, JIS và EN. Kết quả
phân tích GC–MS cho thấy methyl palmitate (C16:0), methyl stearate (C18:0) và
methyl oleate (C18:1) là ba thành chính của mỡ cá tra, cá basa. Những kết quả nghiên
cứu đạt được cho thấy mỡ cá tra, cá basa là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất
biodiesel vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL).
: biodiesel, cá tr , cá b s , p ương p áp bề mặt đáp ứng

iii

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DANH SÁCH CHỮ VIẾT T T
ASTM

American Society for Testing and Materials

AV

Acid Value

BDF

Biodiesel Fuel

CatBDF

Catfish fat Biodiesel Fuel

CCD

Central Composite Design

CF

Catfish fat

CFB

Catfish fat Biodiesel

DAG

Diacylglyceride

EN

European Committee for Standard

FAME

Fatty Acid Methyl Ester

FFA

Free Fatty Acid

GC–MS

Gas chromatography-mas spectrometry

IEA

International Energy Agency

IPCC

The Integovernmental Panel on Climate Change

JIS

Japanese Industrial Standard

KOH

Potassium Hydroxide

MAG

Monoacylglyceride

MeOH

Methanol

OE

Oil equivalent

PV

Peroxide Value

RSM

Response Surface Methodology

rpm

Revolutions per minute

TAG

Triacylglyceride

VO

Vegetable Oil

iv

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2-1: Mẫu biodiesel ..........................................................................................................6
Hình 2-2:Đồ thị sản lượng và trữ lượng biodiesel trên thế giới .......................................15
Hình 2-3: Biểu tượng nhiên liệu biodiesel ..........................................................................16
Hình 2-4: Jatropha ..................................................................................................................18
Hình 2-5: Dừa .........................................................................................................................18
Hình 2-6: Cà phê ....................................................................................................................18
Hình 2-7: Vi tảo ......................................................................................................................19
Hình 2-8: Điều ........................................................................................................................19
Hình 2-9: Mỡ cá ba sa............................................................................................................20
Hình 2-10: Cá ba sa................................................................................................................26
Hình 3-11. Một số thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu ..............................................35
Hình 3-12: Sơ đồ xử lý nguyên liệu .....................................................................................36
Hình 3-13: Sơ đồ quy trình điều chế biodiesel từ mỡ cá theo quy trình hai bước .........39

Hình 3-14: Tthiết bị thực hiện phản ứng ester hóa ............................................................40
Hình 3-15: So sánh hiệu suất biodiesel từ thực nghiệm và từ mô hình được xây dựng, r
= 0.9319 ...................................................................................................................................46
Hình 3-16: Đồ thị dạng 3D và các đường đồng mức (2D contour) .................................48
Hình 3-17: Mỡ cá sau giai đoạn ester hóa, transester hóa và mẫu CFB..........................49

v

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 2-1: Ảnh hưởng của loại nguyên liệu đến tính chất của biodiesel .........................11
Bảng 2-2: Tiêu chí tiêu chuẩn của biodiesel theo ASTM D–6751 ..................................20
Bảng 2-3: Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc (B100) ...........................................21
Bảng 2-4: Các loại acid béo trong mỡ cá ba sa ..................................................................27
Bảng 2-5: Hiệu suất phản ứng của một số alcohol thường dùng .....................................31
Bảng 3-6: Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ...................................................................36
Bảng 3-7: Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng ....................................................38
Bảng 3-8: Phạm vi biến đổi các nhân tố độc lập trong phản ứng chuyển hóa ester ......42
Bảng 3–9: Thành phần methyl ester của acid béo của biodiesel từ mỡ cá ba sa............44
Bảng 3-10: Ma trận kế hoạch thực nghiệm và kết quả thực nghiệm ...............................45
Bảng 3-11: Kết quả phân tích phương sai cho mô hình đa thức bậc hai .........................46

Bảng 3-12: Điều kiện tối ưu của quá trình điều chế biodiesel từ mỡ cá ba sa ...............49
Bảng 3-13: Những tính chất hóa – lý của CFB ..................................................................51

vi

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

PHẦN MỘT – LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thế giới đang phải đối mặt sự thay đổi liên tục giá của nguồn nhiên liệu hóa
thạch, đặc biệt là dầu mỏ do những nguồn năng lượng này ngày càng cạn kiệt và lượng
tiêu thụ ngày càng tăng. Điều này đã dẫn đến việc phải tìm nguồn nhiên liệu để thay
thế. Phản ứng giữa dầu thực vật hoặc mỡ động vật và một alcohol với sự có mặt của
base mạnh tạo ra những hợp chất hóa học mới gọi là biodiesel (Guru và các cộng sự,
2009). Biodiesel có hàm lượng O cao nên khi sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ
diesel sẽ giảm được CO2, CO, hydrocarbon, SO2, các hạt rắn lơ lững trong khí quyển
(PM – particulate matter), khói, tiếng ồn...Ngoài ra, sử dụng biodiesel làm nhiên liệu
sẽ không làm tăng hàm lượng CO2 trong khí quyển vì lượng CO2 tạo thành do đốt cháy
tương đương lượng CO2 do cây xanh hấp thu trong quá trình quang hợp (Alptekin và
các cộng sự, 2010). Với lợi thế là một nước nông nghiệp, việc nghiên cứu và sử dụng

nhiên liệu sinh học chẳng những làm giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng
nhập khẩu mà còn góp phần bảo vệ môi trường cũng như phát triển kinh tế bền vững.
Đồng Bằng Sông Cửu Long là khu vực chăn nuôi và chế biến thủy sản xuất khẩu lớn
nhất nước, trong đó điển hình là nguồn thủy sản cá tra, cá basa. Do đó, việc nghiên cứu
tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải này, một mặt, giải quyết bài toán về vấn đề môi
trường, mặt khác, thúc đẩy kinh tế khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long.
Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) là một công cụ thống kê hữu hiệu được
ứng dụng trong nghiên cứu nhiều quá trình phức tạp. Phương pháp phân tích tương
quan và hồi quy đa biến cũng được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của hai hay nhiều
yếu tố độc lập trên hàm mục tiêu. Hơn nữa, mô hình tâm phức hợp (CCD) của RSM
được sử dụng để tối ưu hóa nhiều quá trình hóa học và công nghệ (Jeong và các cộng
sự, 2009). Thuận lợi chính của phương pháp này là giảm được số thí nghiệm nhưng
vẫn cho được thông tin đầy đủ và những kết quả có ý nghĩa về mặt thống kê. RSM đã
thành công trong việc tối ưu hóa sản xuất biodiesel từ nguyên liệu đầu là dầu thực vật
và mỡ động vật (Ghadge và các cộng sự, 2006). Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm
được thực hiện theo mô hình CCD và RSM với năm mức và ba yếu tố để tối ưu hóa
quá trình transester hóa tổng hợp CFB. Bên cạnh đó, các tính chất hóa – lý của CFB
cũng được phân tích đánh giá theo các tiêu chuẩn ASTM, JIS và EN.
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

1

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

PHẦN HAI – LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
CHƯƠNG 1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG VÀ VẤN ĐỀ Ô
NHIỄM MÔI TRƯỜNG HIỆN NAY
1.1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH
TRÊN THẾ G IỚI
Năng lượng đóng vai trò thiết yếu đối với sự phát triển kinh tế xã hội và nâng cao chất
lượng cuộc sống. Mặt khác, an ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh
năng lượng. Vì vậy, chính sách năng lượng luôn được đặt lên hàng đ ầu của mỗi quốc
gia trong chiến lược phát triển bền vững.
Dầu mỏ là một loại tài nguyên khoáng sản quý mà thiên nhiên ban tặng cho con
người. So với các khoáng sản khác như: than đá, đồng, chì, nhôm,…thì dầu mỏ được
con người biết đến và sử dụng tương đối muộn hơn. Dầu mỏ cùng với các loại khí đốt
được coi là “vàng đen”, đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế toàn cầu. Đây
cũng là một trong những nguyên liệu quan trọng nhất của xã hội dùng để sản xuất điện
và cũng là nhiên liệu của tất cả các phương tiện giao thông vận tải. Hơn nữa, dầu mỏ
cũng được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất các loại chất dẻo và nhiều
sản phẩm khác. Dầu mỏ mang lại lợi nhuận siêu ngạch cho các quốc gia và dân tộc
trên thế giới đang sở hữu và tham gia trực tiếp kinh doanh nguồn tài nguyên này.
Cuối thế kỷ XXI, năng lượng hóa thạch (đặc biệt là dầu mỏ) vẫn giữ vai trò
quan trọng nhất so với các dạng năng lượng khác. Cùng với than đá, dầu mỏ cùng các
loại khí đốt khác chiếm đến 90% tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu. Tuy nhiên, dầu
mỏ là dạng năng lượng khoáng, dù trữ lượng có lớn đến đâu thì cũng không tránh khỏi
cạn kiệt. Hơn nữa, dầu mỏ lại tập trung chủ yếu ở những khu vực bất ổn về tình hình
chính trị như Trung Đông (chiếm 2/3 trữ lượng dầu thế giới), Trung Á, Trung
Phi,…(Thông tin dầu khí thế giới, 2005). Không ít các cuộc chiến tranh, các cuộc

khủng hoảng kinh tế và chính trị có nguyên nhân sâu xa từ các hoạt động cạnh tranh
sản xuất kinh doanh trong lĩnh vực dầu mỏ. Mỗi đợt khủng hoảng dầu mỏ, giá dầu
biến động làm lay chuyển tình hình kinh tế của nhiều quốc gia, đặc biệt là các quốc gia
gặp khó khăn về nền kinh tế.
Suốt từ năm 1858 đến năm 1960, mọi hoạt động dầu mỏ được thực hiện chủ
yếu ở các vùng thuộc châu Mỹ, Trung Đông và một số vùng khác. Các tập đoàn tư bản
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

2

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

đã nhanh chóng nắm bắt khai thác nguồn năng lượng mới này để khống chế chi phí và
thu lợi nhuận tối đa. Hoạt động xuất khẩu dầu mỏ đầu tiên được thực hiện tại Nga
(1884) và sự phát hiện vùng dầu Texas vào cuối thế kỷ XIX, những năm đầu thế kỷ
XX Venuezela bắt đầu khai thác dầu, đến chiến tranh thế giới thứ hai thì về cơ bản giá
dầu đã ở mức từ 5–7 USD/thùng. Cuối năm 1960, Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ
OPEC ra đời, từ đó lấy lại thế bình quân trong cạnh tranh và chi phối giá cả, lợi nhuận
dầu khí trên toàn thế giới và cũng đặt nền móng cho hoạt động xuất khẩu dầu khí của

các quốc gia – một hoạt động mang lại rất nhiều lợi nhuận cho các quốc gia (Biến
động giá dầu thô thế giới, 2003).
Tuỳ theo nguồn tính toán, trữ lượng dầu mỏ thế giới vào khoảng từ 1148 tỉ
thùng đến 1260 tỉ thùng. Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy và có khả năng khai thác mang lại
hiệu quả kinh tế với kỹ thuật hiện đại đã tăng lên trong những năm gần đây và đạt mức
cao nhất vào năm 2003. Năm 2003, lượng dầu mỏ trên toàn thế giới là 3.6 tỷ tấn.
Người ta dự đoán trữ lượng dầu mỏ chỉ có thể cung cấp trong vòng 50 năm nữa (BP
Statistical Review, 2004).
Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991, khi sản lượng
khai thác mới đạt vài ba triệu tấn. Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác và xuất khẩu
hàng năm đã đạt hơn hai chục triệu tấn. Tổng số dầu thô xuất khẩu của Việt Nam tính
đến năm 2004 đạt khoảng trên 160 triệu tấn với doanh thu trên 30 tỷ USD. Với trữ
lượng dầu khí không lớn, nước ta từ chỗ xuất khẩu năng lượng (dầu, than), trong tương
lai sẽ phải nhập khẩu năng lượng. Nước ta thường xuyên diễn ra vấn đề thiếu điện và
giá xăng dầu bất hợp lí, làm ảnh hưởng lớn đến vấn đề tăng trưởng và gây nhiều khó
khăn trong quá trình phát triển trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 (Thoa N. T.
P., 2006).
1.2 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
Theo báo cáo mới nhất của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), tính riêng năm 2010,
lượng phát thải nhà kính trên toàn thế giới đã gia tăng ở mức kỷ lục, phủ bóng mờ lên
niềm hy vọng về việc duy trì sự nóng lên toàn cầu ở ngưỡng an toàn. Ủy ban liên
chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) của Liên hợp quốc đã cảnh báo sự nóng dần lên
đến mức báo động của khí hậu Trái Đất.

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

3

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

Theo báo cáo, năm 2010 có tới 30.6 tỷ tấn CO2 phát thải vào bầu khí quyển,
chủ yếu là do hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch, tăng 1.6 tỷ tấn so với năm 2009.
Ngoài ra, mỗi năm diện tích rừng thế giới bị mất khoảng 13 triệu ha rừng nhiệt đới,
lượng rừng bị mất này làm gia tăng 6 tỷ tấn CO2 gây hiệu ứng nhà kính, gấp 3.5 lần
lượng khí thải do các nhà máy điện và các nhà máy công nghiệp của Liên minh châu
Âu thải vào khí quyển năm 2010 theo chương trình tín dụng khí thải của Nghị định
Kyoto về biến đổi khí hậu. Sự gia tăng dân số hằng năm kéo theo nhu cầu năng lượng
gia tăng, dẫn đến tình trạng môi trường ngày càng xấu đi. Vào cuối thế kỷ này, dân số
thế giới sẽ lên tới 15 tỷ người, nếu nhu cầu năng lượng tính theo đầu người vẫn tiếp
tục tăng với tốc độ như hiện nay thì tổng nhu cầu năng lượng vào năm 2100 sẽ tăng 4
lần. Ngoài ra, phát thải từ các khu công nghiệp, nông nghiệp và đặc biệt là việc khai
thác xăng dầu và khí thải từ các phương tiện giao thông là những nguyên nhân ảnh
hưởng trực tiếp đến môi trường. Phương tiện giao thông là một trong những nguyên
nhân chính dẫn đến hàng năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và
khí nhà kính. Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề nóng trên thế giới, ô nhiễm không
khí ở các khu công nghiệp và đô thị tăng 2–3 lần, ở các nút giao thông tăng 2–5 lần so
với quy định. Các nguồn ô nhiễm chính là giao thông vận tải chiếm 70%, các ngành
công nghiệp và nhà máy nhiệt điện. Mỗi năm lượng khí thải thải vào khí quyển là 250
triệu tấn bụi, 200 tấn CO, 150 triệu tấn SO2, 50 triệu tấn các NOx , ...( Huyen B. T.,

2005).
Giáo sư Lord Stern thuộc Học viện Kinh tế và Chính trị London (LSE) đã c ảnh
báo: “Hiện tượng Trái Đất nóng lên có thể phá hủy cuộc sống và làm đổ “bát cơm” của
hàng trăm triệu người trên khắp hành tinh”. Ông Fatih Birol, nhà kinh tế học hàng đầu
của IEA cho biết: Sự gia tăng này đồng nghĩa với mục tiêu ngăn nhiệt độ tăng trên 2C
– ngưỡng có thể tiềm ẩn nguy cơ gây nên “biến đổi khí hậu nguy hiểm” theo các nhà
khoa học – sẽ là “điều không tưởng”. Ông cũng hy vọng các chính phủ nhanh chóng
hành động và cho rằng: “Cơ hội duy trì mức tăng nhiệt độ dưới 2 C sẽ chỉ xuất hiện
khi chúng ta có một hiệp định quốc tế ràng buộc về mặt pháp lý hoặc những thay đổi
lớn trong công nghệ năng lượng sạch, hiệu suất năng lượng và các loại hình công nghệ
khác”.

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

4

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

Nước ta chỉ mới ở giai đoạn đầu của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa,

cần có biện pháp hạn chế ô nhiễm bằng cách ứng dụng công nghệ sản xuất sạch, sử
dụng nhiên liệu thân thiện với môi trường và quy trình xanh. Chính sự cạn kiệt của
nguồn dầu mỏ trên thế giới và tình trạng ô nhiễm môi trường đã đặt ra cho toàn nhân
loại một nhiệm vụ to lớn, một nhiệm vụ chung của các quốc gia trên toàn thế giới là
nghiên cứu để tìm ra nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng có nguồn gốc dầu mỏ.
Trước tình hình đó, nhiên liệu sinh học ra đời được xem như là một dạng nhiên liệu có
thể thay thế cho nhiên liệu truyền thống.

CHƯƠNG 2. NHIÊN LIỆU SINH HỌC
2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU SINH HỌC
2.1.1 Khái niệm nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học được hiểu là loại nhiên liệu tái tạo, được hình thành từ các hợp
chất có nguồn gốc động thực vật như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực
vật, ngũ cốc, chất thải công nghiệp, sản phẩm thải trong công nghiệp. Nhiên liệu sinh
học chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải và một số
ngành sản xuất công nghiệp.
2.1.2 Phân loại nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học có thể ở thể rắn như củi, than củi (than đá thuộc loại nguyên liệu
cổ sinh, không thể tái tạo); thể lỏng như xăng sinh học, biodiesel sinh học hay thể khí
như methane sinh học (sản xuất từ lò ủ chất phế thải). Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học ở
thể rắn mặc dù chứa carbon tái tạo nhưng cho nhiều khói, tro bụi, bồ hóng nên làm ô
nhiễm môi trường, nhiên liệu thể khí lại khó kiểm soát vấn đề cháy nổ nên nhiên liệu ở
thể lỏng ngày càng được ưa chuộng hơn vì có độ tinh khiết cao, chứa nhiều năng
lượng, dễ dàng chuyên chở, dễ tồn trữ và bơm vào bình nhiên liệu của xe.
* Diesel sinh học (biodiesel): Là loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể
sử dụng thay thế cho dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế từ dẫn xuất của
một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua quá trình transester
hóa bằng cách cho phản ứng với các loại alcohol, phổ biến nhất là methanol. Hiện nay,
trên thế giới đã và đang sử dụng dạng biodiesel tinh khiết và dạng biodiesel pha trộn.

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

5

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
* Xăng sin

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

ọc (Biogasoline): Là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng

ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol
được chế biến thông qua quá trình lên men các s ản phẩm hữu cơ như tinh bột,
cenlulose, lignocenlulose. Thông thường được pha từ 10–25% ethanol khan với xăng
chưng cất từ dầu mỏ không có phụ gia để đạt chỉ số octane 90, 92, 95,…và có tính chất
hóa lý tương đương xăng có nguồn gốc từ dầu mỏ. Chúng được sử dụng cho động cơ
xăng truyền thống mà không cần phải hoán đổi động cơ.
* Sinh khối (Biomass): là nguyên liệu sinh học được lấy từ cơ thể sinh vật, hay vừa
mới tồn tại trong cơ thể sinh vật (chất thải). Năng lượng sinh khối có thể dùng trực
tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh
học. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển

đổi hóa học và chuyển đổi sinh hóa. Một số nguồn nguyên liệu sinh khối như: rơm rạ,
bã mía, trấu, xơ dừa,…
* K í sin

ọc (Biogas): Là hỗn hợp khí hữu cơ gồm chủ yếu là khí methan (50–

60%), carbon dioxide (>30%), hydrosulfuric, hơi nước,…được tạo thành do sự phân
hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ trong nông, lâm nghiệp, chăn nuôi, xử lý chất
thải,…Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho các s ản phẩm khí từ sản phẩm
dầu mỏ.
2.2 BIODIESEL
2.2.1 Khái niệm biodiesel và một số khái niệm liên quan đến biodiesel
2.2.1.1 K ái niệm biodiesel

Hình 2-1: Mẫu Biodiesel
(Nguồn: forum.nationstates.net)

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

6

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

Biodiesel (còn gọi là diesel sinh học) là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương
với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà được sản xuất
từ dầu thực vật hay mỡ động vật.
Theo tiêu chuẩn ASTM, biodiesel được định nghĩa: “Là các monoalkyl ester
của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như: dầu thực vật, mỡ
động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”. Hiện nay, biodiesel chính
là giải pháp cho việc cạn kiệt nguồn tài nguyên dầu mỏ và sự đe dọa môi trường sống
của con người do khói thải từ giao thông và công nghiệp.
2.2.1.2 Một số

ái niệm liên qu n đến biodiesel

* Khối lượng riêng và tỷ trọng
Khối lượng riêng được đo bằng g.cm-3 hay kg.m-3 là khối lượng của một đơn vị thể
tích. Tỷ trọng là tỷ số khối lượng riêng của một chất nào đó với khối lượng riêng của
chất chuẩn được đo trong những điều kiện xác định (nhiệt độ).
Khối lượng riêng và tỷ trọng là những tính chất cơ bản và cùng với những tính
chất vật lý khác nó đặc trưng cho từng loại phân đoạn sản phẩm dầu mỏ cũng như
dùng để đánh giá phần nào chất lượng của dầu thô.
* Điểm chớp c áy
Điểm chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển (101.3 kPa), mẫu dầu
nhớt được đun nóng bốc hơi và bắt lửa, mẫu sẽ chớp cháy khi có ngọn lửa và lan
truyền ra khắp bề mặt của mẫu dầu. Chỉ số này dùng để phân loại vật chất theo khả
năng cháy nổ. Nó có tầm quan trọng trong biện pháp phòng ngừa an toàn liên quan đến
sử dụng và lưu trữ nhiên liệu. So với petrodiesel thì biodiesel có điểm chớp cháy cao
hơn.

* Điểm đục
Điểm đục là điểm mà ở nhiệt độ nhất định các tinh thể bắt đầu kết tinh tách ra khỏi dầu
biodiesel. Điểm đục phụ thuộc vào thành phần các acid béo và các tạp chất có trong
biodiesel. Biodiesel thường có điểm đục cao hơn petrodiesel do đó phần nào cản trở
việc sử dụng biodiesel. Những biodiesel có mức độ chưa bão hòa càng cao thì có điểm
đục càng thấp.

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

7

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

* Độ bền oxy
Quá trình oxy hoá là một dạng làm hỏng tính chất hóa học của dầu. Độ bền oxy hóa là
một trong những chỉ số quan trọng của nhiên liệu. Nếu dầu dễ bị oxy hóa sẽ dễ làm
thay đổi chỉ số acid cũng như độ nhớt. Quá trình oxy hóa có thể làm phát sinh ra các
dạng acid, ketone, aldehyde và các hợp chất khác. Ngoài ra, các hợp chất chứa oxy có
thể bị polymer hóa tạo thành những chất có độ nhớt cao, mà đến một nhiệt độ nào đó

sẽ trở nên không tan trong dầu. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng nếu
các acid béo có độ chưa bão hòa càng cao thì càng dễ bị oxy hóa, đồng phân trans thì
dễ bị oxy hóa hơn đồng phân cis, nếu hợp chất có cùng số liên kết đôi thì chất nào có
trọng lượng cao hơn thì có độ bền oxy hóa cao hơn.
* Độ nhớt động học
Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội sinh ra giữa các
phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau, hay được hiểu là đặc trưng cho
tính kháng chảy của dầu. Dầu càng đặc thì càng khó chảy và ngược lại. Độ nhớt động
học chính là lý do lại dùng biodiesel thay cho dầu thực vật hay mỡ động vật nguyên
chất. Độ nhớt của dầu mỡ động thực vật khá cao dẫn đến các vấn đề trong động cơ khi
sử dụng chúng trực tiếp làm nhiên liệu. Độ nhớt của biodiesel thấp hơn của dầu mỡ
động thực vật và có điểm cháy cao hơn petrodiesel. Điều này rất có lợi cho việc vận
chuyển cũng như bảo quản biodiesel.
* Chỉ số cetane
Chỉ số cetane là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng biodiesel.
Chỉ số cetane hay CN là sự đo lường chất lượng cháy của nhiên liệu dẫn đến quá trình
đốt nén. Chỉ số cetane thường là sự đo lường duy trì sự cháy của một nhiên liệu, thời
gian bắt đầu nạp và đốt nhiên liệu. Thời gian bốc cháy trễ càng ngắn thì chỉ số cetane
càng cao và ngược lại.
Thông thường động cơ diesel chạy tốt với CN từ 40–55. Nếu chỉ số cetane cao sẽ
duy trì sự cháy ngắn. Không có lợi khi sử dụng nhiên liệu mà chỉ số cetane cao hơn
mức quy định của nhà chế tạo động cơ. Nhiên liệu diesel mà chỉ số cetane thấp hơn
mức tối thiểu mà động cơ quy định sẽ gây tiếng ầm ỉ trong động cơ, khởi động khó
khăn hơn khi thời tiết lạnh và ở độ cao. Nhiên liệu có CN thấp sẽ làm tăng chất lắng,
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

8

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

chất cặn dầu trong động cơ, gây phun nhiều khói, làm tiêu hao năng lượng nhiên liệu
và hao mòn động cơ.
* Chỉ số độ nhớt
Chỉ số độ nhớt (VI) là đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ nhớt.
Dầu có chỉ số độ nhớt càng cao thì độ nhớt của nó ít thay đổi theo nhiệt độ.
* ín n ờn
Tính nhờn của biodiesel tốt hơn rất nhiều so với petrodiesel, sự tăng chiều dài chuỗi
cũng như tăng độ bất bão hòa trong chuỗi cũng sẽ làm tăng tính nhờn của biodiesel.
* Điểm chảy
Điểm chảy là nhiệt độ thấp nhất mà dầu có thể rót chảy được. Đây là đặc trưng cho
tính chảy của dầu ở nhiệt độ thấp, rất quan trọng đối với các nước ôn đới vào mùa
đông khi xe ho ặc thiết bị làm việc ngoài trời phải khởi động trong điều kiện nhiệt độ
thấp.
* Trị số acid tổng (Total acid number – TAN)
Trị số acid tổng là chỉ tiêu đánh giá tính acid của dầu, đặc trưng bởi số mg KOH cần
thiết để trung hòa tất cả các hợp chất mang tính acid có trong 1 gam dầu. Chỉ số acid
giúp đánh giá trực tiếp lượng acid tự do có trong dầu. Acid sẽ ăn mòn động cơ và giúp
đánh giá sự hiện diện của nước trong nhiên liệu. Đây là chỉ số cần phải được kiểm tra
thường xuyên trong quá trình bảo quản biodiesel.

* Trị số kiềm tổng (Total base number – TBN)
Trị số kiềm tổng là số mg KOH tỉ lượng tương đương với lượng acid HCl (hoặc
HClO4) cần thiết để trung hòa các base chứa trong 1 gam dầu. Tính kiềm là chỉ tiêu rất
cần thiết để xét đoán chất lượng dầu nhờn, nhằm đảm bảo trung hoà các hợp chất acid
tạo thành trong quá trình sử dụng, tránh hiện tượng rỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim
loại.
Acid tan trong nước biểu hiện sự có mặt của acid vô cơ, được phát hiện định tính
theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu khi làm kiểm nghiệm.
Quy định tuyệt đối không có acid vô cơ trong dầu.

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

9

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

* Ăn mòn lá đồng
Là chỉ tiêu giúp đánh giá mức độ ăn mòn tấm đồng của nhiên liệu và dung môi hiện
diện. Chỉ tiêu này giúp kiểm tra sự hiện diện của acid trong nhiên liệu.

2.2.2 Sự hình thành và phát triển của biodiesel
Biodiesel bắt đầu được sản xuất từ khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó người ta
chuyển hóa dầu thực vật để thu glycerol ứng dụng làm xà phòng và các phụ phẩm
methyl hoặc ethyl ester gọi chung là biodiesel.
Ngày 10/08/1893, Rudlf diesel đã sử dụng biodiesel do ông sáng chế để chạy
máy lần đầu tiên. Năm 1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu dừa thực vật
cho nhiên liệu động cơ có thể không quan trọng, nhưng trong tương lai, những loại dầu
như thế chắc chắn sẽ có giá trị không thua gì các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ và
than đá”.
Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu
đến môi trường của việc sử dụng nhiên liệu truyền thống, nhiên liệu tái sinh sạch trong
đó có biodiesel đang ngày càng khẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi.
Để tưởng nhớ người đã có công đầu tiên đoán được giá trị to lớn của biodiesel, Hiệp
hội Nation Board Biodiesel đã quyết định lấy ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầu từ
năm 2002 làm ngày Diesel sinh học Quốc Tế.
Năm 1900, tại Hội chợ thế giới tổ chức tại Pari, Diesel đã biểu diễn động cơ
dùng dầu biodiesel chế biến từ dầu lạc.
Trong những năm của thập kỉ 90, Pháp đã triển khai sản xuất biodiesel từ dầu
hạt cải. Và được dùng ở dạng B5 (5% biodiesel với 95% diesel) và B30 (30%
biodiesel trộn với 70% diesel) (Ha V. T. T., 2009).
2.2.3 Tính chất của biodiesel
2.2.3.1 ín c ất vật lý
Biodiesel là chất lỏng màu vàng nhạt, có mùi nhẹ, dễ bay hơi, tỷ trọng khoảng 0.88
g.cm-3, độ nhớt tương đương với diesel, không tan trong nước, bền và không chứa các
thành phần nguy hiểm cho môi trường. Biodiesel tồn trữ tốt nhất trong container ở 50
F đến 120 F, không tiếp xúc với các chất oxy hóa, nguồn lửa nhiệt, hoặc dưới ánh
sáng mặt trời và phải được thông hơi.
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

10

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

Biodiesel có khả năng đóng vai trò chất khử đối với đồng, chì, thiếc, kẽm,… do
đó người ta không dùng các nguyên liệu trên cũng như hợp kim của chúng làm bồn
chứa. Nhôm, thép, polymer ho ặc teflon thường được sử dụng làm vật liệu tồn trữ và
vận chuyển biodiesel.
Biodiesel gây ảnh hưởng ít nhiều khi tiếp xúc với các bề mặt sơn, vecni,…hoặc
làm thoái hóa cao su thiên nhiên. Biodiesel chứa từ 10–11% oxy, do đó quá trình cháy
xảy ra hoàn toàn và không có tiếng ồn.
2.2.3.2 Các yếu tố ản

ưởng đến tín c ất của biodiesel

Một số chất có trong dầu mỡ động thực vật còn lại trong quá trình sản xuất biodiesel
có thể gây ra một số tính chất như oxy hóa, polymer hóa,…làm ảnh hưởng đến chất
lượng của biodiesel. Các biodiesel khác nhau được sản xuất từ các loại nguyên liệu
khác nhau, do đó cũng cho những đặc tính khác nhau. Thành phần về acid béo cũng
như sự hiện diện của các chất bẩn, các thành phần nhỏ, khả năng hoạt động ở nhiệt độ

thấp, độ nhớt động học, độ bền oxy hóa, chỉ số cetane,…điều ảnh hưởng đến các đặc
tính của nhiên liệu.
Acid béo no hoặc không no tự do trong thành phần của biodiesel khi tiếp xúc với
không khí sẽ bị oxy hóa thành chất rắn hoặc chất keo. Do đó mà biodiesel có nguồn
gốc từ dầu mỡ động vật bền hơn từ thực vật. Tuy nhiên điểm chảy và điểm đục lại cao
hơn, nghĩa là việc sử dụng biodiesel trong môi trường nhiệt độ thấp sẽ khó khăn hơn.
Tính chất của biodiesel phụ thuộc rất nhiều vào thành phần của nguyên liệu sử
dụng. Mỗi loại dầu mỡ có thành phần acid béo khác nhau. Các acid béo no như C14:0,
C16:0, C18:0 cho biodiesel có chỉ số cetane cao, độ bền oxy hóa cao hơn nhưng lại dễ
bị kết tinh trong môi trường nhiệt độ thấp và không chịu được nhiệt độ cao.
Bảng 2-1: Ảnh hưởng của loại nguyên liệu đến tính chất của biodiesel
Nguyên liệu
Đậu phụng
Đậu nành
Dầu cọ
Diesel
B20

Độ nhớt
động học
(mm2 .s -1 )
4.9
4.5
5.7
3.1
3.2

Chỉ số
cetane

Nhiệt trị
(mj.kg -1 )

Điểm
đục

Điểm
chảy

54
45
62
50
51

33.6
33.5
33.5
43.8
43.2

5
1
13

–7
–16
–16

Điểm

chớp
cháy
176
178
164
76
128

Tỷ trọng
(kg.L-1 )
0.883
0.883
0.880
0.853
0.859

(Nguồn: Nguyễn Thị Phương Thoa, 2004)

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

11

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

Ngược lại, các acid béo không no dễ bị oxy hóa nhưng bền trong môi trường
lạnh. Acid béo mạch dài làm tăng độ nhớt và biodiesel không ổn định ở thời tiết lạnh.
Những nghiên cứu gần đây cho thấy mỡ động vật là nguyên liệu thích hợp nhất để sản
xuất biodiesel do thành phần có hàm lượng acid oleic cao làm cho biodiesel có tính ổn
định phù hợp với những nước có khí hậu lạnh.
Các chất bẩn bao gồm các sản phẩm từ phản ứng không mong muốn hoặc chưa
hoàn thành như là FFA, xà phòng, TAG, DAG, MAG, alcohol, chất xúc tác, glycerine,
kim loại và nước. TAG và DAG nếu có trong biodiesel do quá trình sản xuất sẽ làm
tăng độ nhớt, tạo cặn khi bị đốt cháy. Nhóm –OH trong glycerine hoặc MAG khi phản
ứng với hợp kim chứa crom hoặc kim loại sẽ ăn mòn vòng xi hoặc vòng piston làm
bằng crom có trong động cơ. Hydroperoxide nếu có trong biodiesel rất dễ bị oxy hóa
thành aldehyde và acid cũng như gây ra quá trình polymer tạo thành gum ho ặc cặn
không tan (Dat N. V., 2011).
Nếu biodiesel bị ô nhiễm bởi methanol, nó sẽ không đạt được đến điểm cháy thấp
nhất của nhiên liệu tiêu chuẩn. Sự có mặt methanol trong biodiesel thông thường là do
tinh chế biodiesel chưa triệt để sau phản ứng transester hóa.
Nước là một chất ô nhiễm chính trong dầu. Một khi nước có mặt trong dầu sẽ gây
ra các vấn đề nghiêm trọng như: ăn mòn động cơ, thúc đẩy sự sinh trưởng vi sinh vật
và gây thủy phân biodiesel.
Chất xúc tác và glycerine có trong dầu là do quá trình tinh chế sau phản ứng
transester hóa. Glycerine tồn tại trong dầu dưới dạng tự do hoặc liên kết. Nó ảnh
hưởng đến khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp cũng như đến độ nhớt của biodiesel.
Thành phần nhỏ trong dầu động thực vật được tìm thấy có thể gồm tocopherols,
phospholipids, chlorophyll, các vitamin tan trong dầu, steryl glucosides và các
hydrocarbon. Số lượng các thành phần này phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu

và quá trình tinh chế sản phẩm. Tocopherols trong biodiesel sẽ có tác dụng giống như
một chất chống oxy hóa. Trong khi các steryl glucoside lại gây hỏng động cơ.
Biodiesel có thể bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí. Khả năng này được đánh
giá thông qua chỉ số peroxit. Trong dầu mỡ động thực vật thường có sẵn một số chất
chống oxy hóa như vitamin E (tocopherol). Nếu loại các chất này đi thì quá trình oxy
hóa sẽ xảy ra rất nhanh. Người ta nhận thấy rằng chỉ số peroxit tăng tỉ lệ với số nối
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

12

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

đôi. Trong quá trình sản xuất để giảm hàm lượng glycerine tổng đáp ứng yêu cầu của
các tiêu chuẩn, người ta thường chưng cất lại biodiesel.
2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của biodiesel
2.2.4.1 Ưu điểm
* Đối với môi trường
Nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật không đóng góp vào quá trình phát thải
CO2 – khí nhà kính. Hơn nữa, sự cân bằng trong phát thải CO2 đối với biodiesel còn

thể hiện qua chu trình khép kín: biodiesel sau sử dụng sẽ thải khí CO2, cây trồng hấp
thụ CO2 với năng lượng mặt trời lại phát triển, tạo ra nguồn nguyên liệu cho sản xuất
biodiesel.
Ở phạm vi toàn cầu, khí thải ôtô chiếm gần 20% tổng khí thải gây hiệu ứng nhà
kính phát ra từ các quá trình liên quan tới năng lượng. Cả ethanol và biodiesel đều bảo
đảm giảm đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Kết quả công trình nghiên cứu
cho thấy biodiesel giảm tới 70% so với dầu diesel. Hàm lượng các khí thải độc hại
khác như CO, NOx, SOx, hydrocarbon đều giảm đi đáng kể khi sử dụng nhiên liệu sinh
học. Ngoài ra, nhiên liệu sinh học còn có khả năng phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ô
nhiễm nguồn nước và đất.
* Sản xuất và ứng dụng biodiesel
Sản xuất và sử dụng biodiesel tương đối đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu mới
khác như hydro, pin nhiên liệu, LPG; không đòi hỏi phải sử dụng những thiết bị và
công nghệ đắt tiền. Công nghệ sản xuất biodiesel không phức tạp, có thể sản xuất từ
quy mô nhỏ đến quy mô lớn. Việc sử dụng nhiên liệu sinh học cũng sẽ nâng cao ý thức
tiết kiệm năng lượng cho cộng đồng do nhận thức về nguồn nhiên liệu có nguồn gốc từ
thực phẩm.
* P át triển kinh tế nông ng iệp
Thông qua nguyên liệu đầu vào của các nhà máy là sản phẩm nông nghiệp, do đó việc
sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở rộng thị trường cho
sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất biodiesel từ một số cây trồng như
dừa, lạc mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăng thu
nhập hoặc tăng năng lực sản xuất của đất canh tác hiện có, tận dụng các vùng đất
hoang hóa và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân.
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

13

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

Chính sách phát triển nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học phù
hợp cũng sẽ tạo sự đa dạng môi trường sinh học với các chủng loại thực vật mới. Bên
cạnh đó, việc tận dụng các nguồn phụ, phế phẩm nông nghiệp để sản xuất biodiesel
giúp đảm bảo không ảnh hưởng đến an ninh lương thực khi phát triển nhiên liệu sinh
học, đồng thời nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp.
* Bảo đảm n nin năng lượng
Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào vấn
đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ và
than đá; đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình năng lượng
cho thế giới. Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel thật sự là một
lựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng. Hơn nữa, việc phát
triển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên liệu sinh khối khổng lồ
sẽ đảm bảo an ninh năng lượng cho các quốc gia.
2.2.4.2 N ược điểm
Hiện nay, từ những thông tin quảng bá về biodiesel, nhiều người lầm tưởng rằng việc
sử dụng nó chỉ có lợi mà không có hại gì. Trên thực tế, biodiesel cũng có những nhược
điểm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Việc sử dụng
nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây nên những vấn đề sau: ăn mòn các
chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxy hóa của

biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự không tương thích của
biodiesel với chất liệu làm vòng đệm.
Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nhưng nói
chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến
việc sử dụng biodiesel ở những vùng có nhiệt độ thấp.
Biodiesel rất dễ bị oxy hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản. Theo
khuyến cáo của NBB thì không nên sử dụng B20 sau 6 tháng bảo quản trong khi hạn
sử dụng của dầu diesel thông thường có thể lên đến 5 năm.
Bên cạnh đó, để sản xuất biodiesel ở quy mô lớn cần phải có một nguồn nguyên
liệu dồi dào và ổn định. Việc thu gom dầu ăn phế thải không khả thi do số lượng hạn
chế, lại phân tán nhỏ lẻ. Những nguồn nguyên liệu có thể chế biến thành dầu ăn (cải
dầu, cọ, đậu nành,…) thì giá thành cao, s ản xuất biodiesel không kinh tế. Mặt khác,
SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

14

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

GVHD: NGUYỄN VĂN ĐẠT

diện tích đất nông nghiệp cho việc trồng cây lấy dầu ăn là có hạn. Để giải quyết bài

toán nguyên liệu này, trên thế giới đang có xu hướng phát triển những loại cây lấy dầu
có tính công nghiệp như cây dầu mè (jatropha curcas), hoặc những loại cho năng suất
cao như tảo.
2.2.5 Nguồn nguyên liệu, tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và
tiềm năng phát triển sản xuất biodiesel tại Việt Nam
2.2.5.1 ìn

ìn sản xuất và sử dụng biodiesel trên t ế giới

Nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và để ổn định nguồn cung ứng, các
quốc gia thuộc khối EU đã đặt ra mục tiêu là nhiên liệu sinh học chiếm 5.75% trong
lĩnh vực giao thông vào năm 2010, và đạt con số 10% vào năm 2020. Trong các loại
nhiên liệu sinh học ở EU thì biodiesel là nhiên liệu được sản xuất nhiều nhất, chiếm
82% tổng số nhiên liệu sinh học. Hiện nay, các thị trường dẫn đầu về biodiesel là EU
và Hoa Kỳ đã đạt được năng suất cực lớn trong những năm qua. Trong đó, EU đứng
đầu với tổng sản lượng biodiesel của năm 2008 là 7.8 triệu tấn (trong đó Đức sản xuất
nhiều nhất, chiếm 2.8 triệu tấn), tăng 35.7% so với năm 2007 là 5.7 triệu tấn. Hoa Kỳ
đứng thứ hai, sản lượng tăng từ 946 triệu lít năm 2006 lên 1.7 tỷ lít năm 2007, và
khoảng 2.46 tỷ lít trong năm 2008. Số liệu được thể hiện ở Hình 2-2 với 1 gallon
tương đương với 3.78 lít (Ha V. T. T. và các cộng sự, 2009).

Hình 2-2: Đồ thị sản lượng và trữ lượng biodiesel trên thế giới
(Nguồn: Trung tâm khoa học và công nghệ quốc gia)

SVTH: NGUYỄN YẾN BÌNH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

15

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM